離子交換時間對平面微透鏡陣列的透鏡元光學特性的影響

謝意木男，蔣小平，周素梅，袁哲

（西南大學物理科學與技術學院微納結構光電子學重慶市重點實驗室，重慶400715）

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平面微透鏡陣列是掩埋于平板玻璃基片表面下，由幾何尺寸一致、折射率按一定規律呈三維漸變（Gradient Index，GRIN）的若干微透鏡元組成的平面陣列［1-2］。制作GRIN 平面微透鏡陣列的方法有熱壓印技術［3］、離子束刻蝕［4］、光刻膠熱熔法［5］等。這些方法各自有著一定的優點和局限性：熱壓印技術的圖形復制準確度高，但脫模過程復雜；離子束刻蝕的微透鏡表面微結構形貌好，但生產成本較高且生產效率較低；光刻膠熱熔法的制作工藝簡單，但熱穩定性較差、容易老化。光刻離子交換法［6］是一種應用較為廣泛的微透鏡陣列制作方法，這種工藝的精度可以達到分子量級。采用光刻離子交換法制作GRIN 平面微透鏡陣列的制備過程相對簡單，制作出來的透鏡元的尺寸可小于10 μm，焦距可小于0.1 mm，厚度可小于0.1 mm，并且陣列結構及其成像均勻性好，在人工智能、便攜儀器設備、集成成像和三維成像、光束勻化和整形等要求小尺寸陣列光學元件的領域得到越來越廣泛的應用［7-10］。YUAN Di 等［11］將微透鏡陣列與閃爍體結合，用來提高閃爍體的光輸出量和控制光輸出方向。YU Yinchuan 等［12］在共焦顯微鏡光學系統中，將微透鏡陣列置于入射光路中，以此縮短顯微鏡的掃描時間，并且顯微鏡所成的像可以達到亞微米空間分辨率。CHEN Linyi等［13］利用UV 膠印工藝對設計好的三維微圖形進行復制，將復制的圖形與微透鏡陣列相結合，實現裸眼3D顯示效果。……